1、2-13.7.1 逆变的概念逆变的概念1.什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？逆变（逆变（InvertionInvertion）把直流电转变成交流电，把直流电转变成交流电，整流的逆整流的逆过程过程。逆变可以节能、提高系统性能的作用。如：有轨电车的制动、逆变可以节能、提高系统性能的作用。如：有轨电车的制动、吊车的下放货物、电气可逆调速系统等。吊车的下放货物、电气可逆调速系统等。逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。把直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网连结。交流侧和电网连结。应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串应用：直流可逆调速系统、交
2、流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。级调速以及高压直流输电等。无源逆变电路无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第直接接到负载，将在第4 4章介绍。章介绍。2-2 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路变流电路。2.直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转 控制发电机的电动势大小和极性，可
3、实现电动机四象限的运转状态。图3-46 直流发电机电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路2-32-4 若两个电动势顺向串联，向电阻供电，若两个电动势顺向串联，向电阻供电，G和和M均输出功率，均输出功率，由于回路电阻很小，形成较大的电流，实际上形成短路，在由于回路电阻很小，形成较大的电流，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。工作中必须严防这类事故发生。由以上分析可知，两个电动势同极性相接时，电流总是从由以上分析可知，两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低的，由于回路电阻小，即使很小的电动势电动势高的流向低
4、的，由于回路电阻小，即使很小的电动势也能产生很大的电流，可在两个电动势间交换很大的功率，也能产生很大的电流，可在两个电动势间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。这对分析有源逆变电路是十分有用的。2-53.逆变产生的条件逆变产生的条件单相全波电路代替上述发电机图3-47 单相全波电路的整流和逆变交流电网输出电功率交流电网吸收电功率a)b)u10udu20u10a aOOw wtw wtIdidUdEMu10udu20u10OOw wtw wtIdidUd /2，使，使Ud为为负值负值。半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，
5、也不允许直流侧出现负极性的电不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用欲实现有源逆变，只能采用全控全控电路。电路。2-73.7.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态逆变和整流的区别：逆变和整流的区别：控制角控制角 a a 不同不同 0a a /2 时，电路工作在时，电路工作在整流整流状态。状态。/2 a a /2时的控制角用时的控制角用-a a=b b表示，表示，b b 称为称为逆变角逆变角。逆变角逆变角b b和控制角和控制角a a的计量方向相反，其大小负半周自的计量方向相反，其大小负半周
6、自然换相点作为起始点然换相点作为起始点向左方向左方计量。计量。2-8图图3-48 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形2-93.7.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态有源逆变状态时各电量的计算：有源逆变状态时各电量的计算：dmdUEIR-输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即bbcos.cos.LdUUU22351342-（3-105）每个晶闸管导通每个晶闸管导通2/3，故流过晶闸管的电流有效值为：，故流过晶闸管的电流有效值为：ddVTIII577.03（3-106
7、）从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：dMddIEIRP2（3-107）当逆变工作时，由于当逆变工作时，由于EM为负值，故为负值，故Pd一般为负值，一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。表示功率由直流电源输送到交流电源。在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：（3-108）ddVTIIII816.032222-103.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败（逆变颠覆）逆变失败（逆变颠覆）逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电逆变时，一旦换相失败，外接
8、直流电源就会通过晶闸管电路路短路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串顺向串联联，形成很大，形成很大短路电流短路电流。触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相,使使Ud变正，变正，交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源缺相或突然消失，晶闸
9、管不能按时关断。直流电动势交流电源缺相或突然消失，晶闸管不能按时关断。直流电动势将通过晶闸管使电路短路。将通过晶闸管使电路短路。换相的裕量角不足，引起换相失败。应考虑变压器漏抗引起的换相的裕量角不足，引起换相失败。应考虑变压器漏抗引起的换相重叠角、晶闸管关断时间等因素的影响。换相重叠角、晶闸管关断时间等因素的影响。1)逆变失败的原因逆变失败的原因2-112-123.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制换相重叠角的影响：换相重叠角的影响：图图3-49 交流侧电抗对逆变换相过程的影响交流侧电抗对逆变换相过程的影响当当b b g g 时，换相结束时，晶闸时，换相结束时，晶闸管
10、管VT3能承受反压而关断。能承受反压而关断。如果如果b b g g 时时,该通的晶闸管（该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。不能关断，最终导致逆变失败。udOOidw wtw wtuaubucuaubpb bg gb b g giVT1iVTiVT3iVTiVT3222-13 由于换相重叠期间输出电压Ud波形为相邻两电压的算术平均值，使Ud的正面积减小而负面积增大，因此在a90（逆变）时，使平均面积Ud增加 Ud2-14若若角较大，则换相裕量角充足，能保证正常换流。三相角较大，则换相裕量角充足，能保证正常换流。三相半波有
11、源逆变电路中半波有源逆变电路中 时，换相期间时，换相期间VT3和和VT1均导通，均导通，换相结束后，换相结束后，ua uc,此时，此时，VT3阳极电位是阳极电位是uc，阴极电位阴极电位是是ua，所以可以保证所以可以保证VT3完全关断，工作正常。完全关断，工作正常。若若角较小，则换相裕量角不足，会造成逆变失败。换相过角较小，则换相裕量角不足，会造成逆变失败。换相过程尚未结束，到达自然换相点程尚未结束，到达自然换相点P后，后，uc ua，VT3仍正偏而仍正偏而不能关断，不能关断，VT1承受反压而重新关断，过了承受反压而重新关断，过了P点后，点后，C相电相电压越来越高，进入正半周，导致逆变失败。压越
12、来越高，进入正半周，导致逆变失败。根据以上分析，为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于根据以上分析，为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度。零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度。2-153.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制2)确定确定最小逆变角最小逆变角b bmin的依据的依据逆变时允许采用的最小逆变逆变时允许采用的最小逆变角角b b 应等于应等于b bmin=d d+g g+q q （3-109）d d 晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间tq折合的电角度折合的电角度g g 换相重叠角换相重叠角gg15 20 q q
13、安全裕量角安全裕量角tq大的可达大的可达200300s，折算到电角度约，折算到电角度约4 5。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。主要针对主要针对脉冲不对称程度（一般可达脉冲不对称程度（一般可达5）。）。值约取为值约取为10。2-163.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制g g 换相重叠角的确定：换相重叠角的确定：1)查阅有关手册查阅有关手册 举例如下：举例如下：整流电压整流电压 整流电流整流电流变压器容量变压器容量短路电压比短路电压比Uk%g g220V800A240kV。A5%15 20 2)参照参照整流时整流时g g 的计算方法的计算方法mUXIBdgaasin2)cos(cos2-（3-110）（3-111）根据逆变工作时根据逆变工作时 ，并设，并设 ，上式可改写成，上式可改写成ba-gbmUXIBdgsin21cos2-这样，这样，b bmin一般取一般取30 35。
